PLAフィラメントは電気を通す？導電性バリエーションと造形時の注意点

「電気を通すフィラメントが存在する」ことをご存知でしょうか？広くは知られていませんが、導電性フィラメントは実在し、非常に面白いプロジェクトを実現できます。

では、通常PLAの導電性は？導電性PLAバリエーションはあるのか？

両疑問に答えるとともに、導電性フィラメント造形時の課題、おすすめ製品、活用例を解説します。

PLAフィラメントは導電性か？

PLAは抵抗率が10¹⁶ Ω·mオーダーで、ほとんどのプラスチックと同等の「非導電性（絶縁体）」に分類されます。固体状態（常温）では優れた電気絶縁材料となります。しかし加熱・軟化すると導電性が上昇し、絶縁材としては不安全になります。

ポリ乳酸（PLA）は生分解性熱可塑性樹脂で、室温〜約70℃の範囲で優れた電気絶縁体として機能します。抵抗率・耐電圧強度（70℃まで）は低密度ポリエチレン（LDPE）等の石油由来ポリマーと同等で、固体状態では極めて非導電的です。

しかし問題は、PLAの電気伝導率が温度に強く依存する点です。ガラス転移点Tg（70℃）以上では、電気伝導率が急激に上昇します。

理由：Tg以上でPLAがラバー状（ゴム弾性状態）へ移行し、分子鎖の微視的ブラウン運動が活発化することで、電気伝導率が急激・大幅に上昇するためです。

温度上昇で絶縁性を失うため、発熱する電気用途での絶縁材使用は避けるべき（ショートリスク）。ただし、低電圧・低発熱用途なら問題なく使用可能です。

導電性フィラメントは存在するか？

限定的ですが導電性フィラメントが市販されており、DIYコミュニティで急速に人気を集めています。ただし現状では「簡易回路・小規模電子工作」レベルに留まり、複雑な回路実装には不向きです。それでも、LED内蔵デコレーションモデルからオートベッドレベリングセンサーまで、実用的で面白い作品が作れます。

最も有名・実用的なのはProtopasta社の導電性PLA。抵抗率15 Ω·cmで、センサー、スイッチ、LED等の簡易電子部品接続に適しています。

導電性PLAフィラメントは一般に、グラフェン、黒鉛化炭素等の添加剤を通常PLAに混入し導電性を付与しています。低電圧（60V以下）・小電流（100mA以下）回路専用で、限界値はフィラメント種類・ブランドにより異なります。

複数ブランドが製造していますが、これらは通常フィラメントより大幅に高価で、複雑回路実装には不向きです。

導電性フィラメントの導電レベルは？

全フィラメントが同等に導電するわけではないため、購入前に「電気抵抗率（Ω·cm）」を必ず確認してください。

電気抵抗率は、材料が電流の流れをどれだけ阻害するかの指標。Ω·cmで表され、導電率とは逆相関（抵抗率が低いほど導電性が高い）。

この情報はフィラメントスプールラベルやメーカーサイトで確認可能です。

導電性3D造形物には興味深い特性があり、全方向で等方的に導電するわけではありません。X・Y軸方向は連続押出で導電パスが繋がりますが、Z軸方向は層積み重ねのため接触面積が小さく、X・Y軸方向より導電性が低下します。

したがって、造形物の向きを工夫し、「最も導電性が必要な部分」がX・Y平面内で最大接触面積を持つように配置すべきです。

導電性フィラメント製品例

Proto-Pasta 導電性PLA： PLAベース、抵抗率15 Ω·cm、径1.75mm/2.85mm。造形温度195〜225℃、ベッド50〜60℃。

Electrifi 導電性フィラメント： 独自メタルポリマー複合材（生分解性ポリエステル（多分PLA）＋銅主体）。100gで$196、抵抗率0.006 Ω·cm。径1.75mm/2.85mm。造形温度130〜160℃、ベッド50〜60℃。

SUNLU 導電性ABS： ABSベース、1kgで$40.01。径1.75mmのみ。造形温度220〜240℃、ベッド20〜120℃。

AMOLEN 導電性ブラックPLA： PLAベース、200gで$22.99、抵抗率1.42 Ω·cm。径1.75mmのみ。造形温度220〜250℃、ベッド0〜50℃。

導電性フィラメントの用途

導電性フィラメントにより、軽量・耐久・柔軟な低電圧電気回路の造形が可能になり、ウェアラブルエレクトロニクス分野でブレークスルーと見なされています。3Dプリント柔軟電気センサーを衣服にシームレスに統合できるためです。

通信分野では、高度にカスタマイズされた電磁・高周波シールド、フィルター、アンテナ等の造形に有用。産業・研究機関・医療機関では、感度機器を誤動作させる競合信号対策として、3DプリントEMI・RFシールドが活用できます。

エンジニア・メイカー・DIY愛好家は、各種回路、任意形状の静電容量センサー、キーボード、ゲームコントローラー、Arduinoプロジェクト等に活用可能です。

高電圧・高発熱用途では溶融・ショートするため使用不可である点に注意。

導電性フィラメントで試せる無料モデル

創造的なユーザーが導電性フィラメントで驚くべき作品を公開しています（機能性の度合いは様々ですが、想像力しだい）。

電池テスター
懐中電灯
電飾ターミネーター頭部

さらに独創的な導電性フィラメント向けモデルをお探しなら、Hackday記事や当サイト検索エンジンをご活用ください。

導電性フィラメント造形時の課題

ショートリスク： 前述の通り、PLAのガラス転移点は約70℃。この温度に達すると軟化し導電性上昇→ショートの原因になります。導電性PLAは、確実に70℃に近づかない用途でのみ使用すべきです。

導電性フィラメントは摩耗性： 導電性PLAは一般にカーボン含有で導電性を付与していますが、これがエクストルーダーノズルに極めて強い摩耗を与えます。真鍮ノズル使用時、わずか500g造形でノズル交換が必要になるレベルです。

ノズル詰まり： 導電性フィラメントは造形難易度が高く、詰まり防止のため造形速度を下げ、ノズル温度を上げる必要があります。

結論

導電性フィラメントは3Dプリント界で最も楽しい追加要素の一つです。実際の銅配線を置き換えることはできませんが、ゲームコントローラー、懐中電灯、前述のLED内蔵ターミネーター頭部などを作りたいなら、導電性フィラメント一択です。

電気ショートを避け、賢く活用してください！

参考になれば幸いです。

良い一日を！